Deep learning-driven protein structure prediction and design: Key model developments by Nobel laureates and multi-domain applications

计算机科学 蛋白质结构预测 一般化 蛋白质设计 人工智能 钥匙(锁) 序列(生物学) 蛋白质折叠 折叠(DSP实现) 桥(图论) 蛋白质结构 计算生物学 计算模型 桥接(联网) 数据科学 蛋白质工程
作者
Wanqing Yang,Yanwei Wang,Yang Wang
出处
期刊:Biophysics reviews [American Institute of Physics]
卷期号:7 (1) 被引量:1
标识
DOI:10.1063/5.0273394
摘要

This systematic review outlines pivotal advancements in deep learning-driven protein structure prediction and design, focusing on four core models—AlphaFold, RoseTTAFold, RFDiffusion, and ProteinMPNN—developed by 2024 Nobel Laureates in Chemistry: David Baker, Demis Hassabis, and John Jumper. We analyze their technological iterations and collaborative design paradigms, emphasizing breakthroughs in atomic-level structural accuracy, functional protein engineering, and modeling multi-component biomolecular interactions. Key innovations include AlphaFold3's diffusion-based framework for unified biomolecular prediction, RoseTTAFold's three-track architecture integrating sequence and spatial constraints, RFDiffusion's denoising diffusion for de novo protein generation, and ProteinMPNN's inverse folding for sequence–structure co-optimization. Despite major progress in applications such as binder design, nanomaterials, and enzyme engineering, challenges persist in dynamic conformational sampling, multimodal data integration, and generalization to non-canonical targets. We propose future directions, including hybrid physics-AI frameworks and multimodal learning, to bridge gaps between computational design and functional validation in cellular environments.
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